Kurzfassung

Forschende am Paul Scherrer Institut PSI in Villigen haben die weltweit erste achromatische Linse für die Neutronenbildgebung entwickelt. Die Linse fokussiert Neutronen unterschiedlicher Wellenlängen auf denselben Brennpunkt und ermöglicht damit scharfe, vergrösserte Bilder mit einer Auflösung unter 20 Mikrometern – auch wenn Objekte mehrere Meter vom Detektor entfernt sind. Die Innovation wurde am 29. Juni 2026 in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Sie überwindet ein jahrzehntelanges Hindernis der Neutronenbildgebung und eröffnet neue Möglichkeiten, Vorgänge im Inneren von Geräten wie Öfen, Kryostaten oder Batterien zu beobachten.

Personen

  • Joan Vila-Comamala (Wissenschaftler, Leiter des Teams, PSI Center for Photon Science)
  • Mano Raj Dhanalakshmi Veeraraj (Erstautor der Studie, Doktorand am PSI)

Themen

  • Neutronenbildgebung
  • Materialforschung
  • Optik und Nanostrukturierung
  • Forschungsinfrastruktur

Clarus Lead

Die achromatische Neutronenlinse adressiert ein fundamentales Problem der modernen Materialforschung: Neutronen ermöglichen zerstörungsfreie Untersuchungen von Strukturen, die Röntgenstrahlen nicht durchdringen (etwa Lithium in Batterien oder Wasserstoff in Polymeren), waren aber technisch schwer zu fokussieren. Der Durchbruch am PSI ermöglicht nun erstmals Echtzeit-Beobachtungen von Materialveränderungen unter realistischen Betriebsbedingungen – relevant für Batterie- und Motorenentwicklung sowie Archäologie. Die Europäische Spallationsquelle ESS in Schweden berücksichtigt diese Anforderungen bereits bei ihrer Planung.

Detaillierte Zusammenfassung

Die Kernherausforderung lag darin, dass Neutronenstrahlen aus Neutronen mit vielen verschiedenen Wellenlängen bestehen. Bisherige Linsenkonzepte konnten nicht alle Wellenlängen gleichzeitig auf einen Brennpunkt lenken – ein Problem, das Jahrzehnte ungelöst blieb. Ohne Linsen mussten Proben direkt neben dem Detektor platziert werden, was die erreichbare Auflösung und die Grösse der abbildbaren Objekte stark einschränkte.

Die neue Linse besteht aus konzentrischen Nickelringen und präzise geformten Diamantstrukturen in definierter Geometrie. Im Gegensatz zu herkömmlichen optischen Linsen nutzt sie sowohl Beugung (durch Nickelringe) als auch Brechung (durch Diamantstrukturen), um das vergrösserte Bild zu erzeugen. Die filigranen Nickelstrukturen – teilweise unter 200 Nanometer – entstanden mittels Elektronenstrahl-Lithografie in den PICO-Reinräumen des PSI; die Diamantkomponenten fertigte das Schweizer Unternehmen SYNOVA S.A.

Im Test durchleuchteten die Forscher eine handelsübliche Lithium-Ionen-Batterie und vergrösserten den Schichtaufbau der Elektroden um das Siebenfache – bei 6 Metern Abstand zum Detektor. Zukünftig könnten damit strukturelle Veränderungen an laufenden Motoren oder andere dynamische Prozesse in dichter Materie beobachtet werden. Die Technologie baut auf einem früheren Erfolg auf: 2022 entwickelte das gleiche Team bereits eine achromatische Röntgenlinse für Synchrotron-Anlagen. Die Kombination von Fachwissen aus Röntgenoptik und Neutronenbildgebung – beide am PSI ansässig – ermöglichte diesen Durchbruch.

Kernaussagen

  • Die achromatische Neutronenlinse fokussiert erstmals ein breites Spektrum an Neutronenwellenlängen auf einen Punkt und erzeugt Bilder mit unter 20 Mikrometern Auflösung.
  • Die Technologie ermöglicht Untersuchungen dichter, metallischer Strukturen (Batterien, Motoren) unter realistischen Betriebsbedingungen ohne Zerstörung.
  • Neue Forschungsanlagen wie die ESS in Schweden sind bereits auf die längeren Strahllinien ausgerichtet, die das volle Potenzial der Linse nutzen.

Kritische Fragen

  1. Evidenz/Datenqualität: Der Test an einer einzelnen Lithium-Ionen-Batterie zeigt Machbarkeit – wie robust ist die Linse bei verschiedenen Neutronenenergien und Materialtypen? Welche Fehlerquoten wurden in Wiederholungstests gemessen?

  2. Interessenkonflikte: Das PSI entwickelt, baut und betreibt die Forschungsanlagen (SINQ, SLS), auf denen die Linse getestet wurde. Wie unabhängig ist die Evaluierung der Leistung, und gibt es externe Validierungen durch andere Neutronenquellen?

  3. Kausalität/Alternativen: Der Text nennt jahrzehntelange Hindernisse – wurden alternative Lösungsansätze (z.B. Mehrfach-Detektoren, rechnerische Rekonstruktion) systematisch ausgeschlossen, oder ist die achromatische Linse nur eine von mehreren möglichen Wegen?

  4. Umsetzbarkeit/Risiken: Die Nickelstrukturen sind unter 200 Nanometer gross. Wie stabil sind diese Strukturen unter Neutronenstrahlung über längere Zeit? Welche Wartungs- und Austauschzyklen sind zu erwarten?

  5. Skalierbarkeit: Kann die Linse für höhere Neutronenenergien oder grössere Öffnungen skaliert werden, oder gibt es physikalische Grenzen?

  6. Kosten und Zugänglichkeit: Welche Herstellungskosten entstehen, und werden solche Linsen für internationale Forschungseinrichtungen verfügbar sein, oder bleiben sie PSI-exklusiv?

Quellenverzeichnis

Primärquelle: Weltweit einzigartige Linse rückt Neutronen stärker in den Fokus – Paul Scherrer Institut PSI https://www.news.admin.ch/de/newnsb/d5HKiqKUjY1Xn072XMdZX

Wissenschaftliche Publikation: Dhanalakshmi Veeraraj M, Raj D, Chen H-Y, Strebel S, Qi P, Fedrigo A, et al. (2026). An achromatic neutron lens. Nature Communications, 29. Juni 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-74925-w

Verifizierungsstatus: ✓ 14.07.2026

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Dieser Text wurde mit Unterstützung eines KI-Modells erstellt. Redaktionelle Verantwortung: clarus.news | Faktenprüfung: 14.07.2026